基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Flow‑3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，包括：调用Flow‑3D软件的GMO模式使得竖直推板在水平方向作简谐运动进而实现推板造波，结合不可压缩粘性流体的连续方程和动量方程作为控制方程来描述水质点的运动，基于有限差分法离散控制方程，通过流体体积函数方法求解波面的方式建立数值波浪水池；数值波浪水池四周分别放置海绵消波块对二次反射波进行消减。本发明专利技术不仅仅体现在造波源的数量上，还体现在造波的灵活性上，通过同时调整多个推板的运动方向和每个推板运动时程曲线数据，可以造出多列不同参数、不同方向的波浪。可为海洋工程研究学者在Flow‑3D软件中实现更复杂的、更贴合实际海洋工况下的数值计算提供指导作用。

【技术实现步骤摘要】
基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法
本专利技术涉及一种海洋工程技术，尤其是一种基于Flow-3D软件仿物理造波手段同一水深条件下实现多列不同参数波浪的方法。
技术介绍
波浪水池是船舶与海洋工程领域一种重要的试验设备，可以通过在水槽中人为制造各种波浪，来模拟自然界的海浪，用以研究海洋工程问题。随着计算机技术的不断进步，近年来利用相关软件进行波浪水槽的数值模拟已经成为趋势。然而，前人借用CFD软件研究波浪对海洋结构物的作用时，在数值计算中均采用单个造波源造波，关于在同一个水深条件下多个造波源对结构物同时作用的研究却很少，此处造波源皆指推板造波源。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于Flow-3D软件仿物理造波手段同一水深条件下实现多列不同参数波浪的方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，包括：联立不可压缩粘性流体的连续方程和动量方程作为控制方程来描述水质点的运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，其特征是，包括：/n联立不可压缩粘性流体的连续方程和动量方程作为控制方程来描述水质点的运动，并使用k-ε两方程紊流模式闭合动量方程；基于有限差分法离散控制方程，通过流体体积函数方法求解波面的方式建立三维数值波浪水池；调用Flow-3D软件的GMO模式并结合相关理论推导数值使得多个沿水深方面布置的推板在水平方向作简谐运动进而实现推板造波。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，其特征是，包括：
联立不可压缩粘性流体的连续方程和动量方程作为控制方程来描述水质点的运动，并使用k-ε两方程紊流模式闭合动量方程；基于有限差分法离散控制方程，通过流体体积函数方法求解波面的方式建立三维数值波浪水池；调用Flow-3D软件的GMO模式并结合相关理论推导数值使得多个沿水深方面布置的推板在水平方向作简谐运动进而实现推板造波。


2.如权利要求1所述的基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，其特征是，三维数值波浪水池四周分别放置海绵消波块对二次反射波进行消减，所述海绵消波块沿波浪运动方向长度设置为一个波长。


3.如权利要求1所述的基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，其特征是，数值模拟的单个造波源计算时间在12个小时以内，两个造波源计算时间为18个小时以内，三个造波源计算时间为23个小时以内。


4.如权利要求1所述的基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，其特征是，采用GMO模式在Flow-3D软件的模拟空间中模拟推板造波，在GMO模式中可使物体做出与流体耦合的运动或者是依照所给定的运动方式使物体运动，并且可由固定轴或者固定点来做六自由度的运动；在一个数值模拟问题中能够同时实现多个物体做不同运动。


5.如权利要求1所述的基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，其特征是，所述控制方程具体为：
采用笛卡尔坐标系，流体运动的控制方程采用粘性不可压缩流体的连续方程和Navier-Stokes方程；
对于连续方程，则有：



上式中，t表示时间，ρ为流体密度，RDIF为紊流扩散项，RSOR为质量源项，u、v、w为x、y、z方向的速度分量；Ax、Ay、Az和VF分别为与Flow-3D中FAVOR网格技术相关的x、y、z方向可流动的面积分数和可流动的体积分数；



上式中系数vρ等于cpμ/ρ，μ为动量扩散系数，特指黏度，cp为参照紊流施密特数倒数的常数；
因为采用不可压缩流，流体密度ρ为常数，则式(1)可以简化为：



对于Navier-Stokes方程，则有：



上式中为流场中模拟物体的运动速度，其中uw，vw，ww分别为x、y、z方向的分速度；，Gx、Gy、Gz为x、y、z方向的重力加速度，为流体表面速度，其中us、vs、ws分别为x、y、z方向的分速度；δ为压力源项形式指标，若为静压力时，δ＝1，若为停滞压力，则δ＝0；fx、fy、fz为x、y、z方向的粘滞力加速度，由(4)式求得



上式中τij代表流体剪应力，第一个下标i为作用面,i包含x、y、z，第二个下标j为作用方向j包含x、y、z，其中





6.如权利要求5所述的基于Flow-3D软件仿物理造波手段实现多列不同参数波浪的方法，其特征是，紊流模式选择，在Flow-3D中共提供了五种紊流模式，其中在数值模拟造波过程中经常使用的k-ε两方程和RNG模式，其中RNG模式在描述低雷诺数低强度紊流和剪力流方面有较好的效果，而k-ε两方程模式则在模拟高雷诺数的流场中表现要优于前者，故选择k-ε两方程模式；
紊流运输模式包含了与紊流速度扰动有关的紊流动能kT：



其中u′、v′、w′为对应x、y、z方向上与混乱紊流扰动有关的流体速度；
传输方程包含紊流能量的对流与扩散，传输方程表达式如下：



其中kT为紊流动能，Ax、Ay、Az和VF分别为与Flow-3D中FAVOR网格技术相关的x、y、z方向可流动的面积分数和可流动的体积分数，PT为紊流动能生成项，GT为浮力产生项，DiffT为扩散项，εT为耗散率，紊流动能生成项PT表达式如下：



其中CSPRO为紊流参数，其预设值为1.0，R和ξ与坐标系有关，采用笛卡尔坐标系，故R取为1，ξ取为0，而浮力产生项GT表达式为：



CRHO为另一个紊流系数，其预设值为0.0，即...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛国旭，罗雪梅，张保昌，潘可可，金恒，
申请(专利权)人：温州科技职业学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33